Çok Yüksek Mobiliteli Sönümlemeli Kanallardaki OFDM Sistemleri için Kanal Kestirimi

Transkript

1 9-11 Aralı 2009 Ço Yüse Mobiliteli Sönümlemeli Kanallardai OFDM Sistemleri için Kanal Kestirimi İstanbul Üniversitesi Eletri-Eletroni Mühendisliği Bölümü {myalcin,

2 Sunum İçeriği Giriş Çalışmanın amacı OFDM Sistemleri Sinyal Modeli Eğri Uydurma Benzetim Sonuçları Sonuç

3 Giriş Digen Freans Bölüşümlü Çoğullama (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, OFDM) nın Avantajları Çolu-yol yayılmasının etilerine arşı dayanılı olması Freans bölgesindei denleştirme işlemlerinde azaltılmış sistem armaşılığı İzgesel verimliliği artırması FFT ve IFFT gibi etili iplenim algoritmalarının uygulanabilmesi Süreli izgeye ihtiyaç duymaması Dar-bant bozulmalara arşı dayanılı olması

4 Giriş Problem Ço yüse mobiliteli sönümlemeli anallarda, bir OFDM sembol periyodu boyunca analın zaman değişimleri altanal diliğinin aybolması sonucunu vermete ve bu durum, taşıyıcılar arası girişime (Inter-carrier ınterference, ICI) neden olmatadır. ICI da gelenesel freans bölgesi yalaşımlarında azaltılamaz hata yüzeyine sebep olmatadır.

5 OFDM Sistemleri için Bazı Aradeğerleme Tenileri Doğrusal İinci dereceli Alça geçiren Kübi eğri Zaman bölgesi aradeğerleme Bu anal estirim algoritmaları arasında en iyi performansı alça geçiren aradeğerlemeli tara-tipi pilot tabanlı anal estirimi sağlamatadır.

6 Çalışmanın Amacı Yapılan bir ço çalışmada, mobilite desteği ihmal edilmete ve OFDM alıcıları yarı-durağan sönümlemeli modele göre tasarlanmatadır. OFDM sistemlerinde yüse mobilitenin neden olduğu ICI dan dolayı sistem performansı düşmete, bu nedenle bu çalışmada yüse mobiliteli zamanla değişen ço yollu sönümlemeli anallarda ICI yla mücadele edebilece, işlem armaşılığı düşü sezim yöntemleri önerilmiştir.

7 OFDM sistemleri N alttaşıyıcılı ve T örneleme periyotlu mevcut s bant genişliği BW=1/T olan OFDM sistemi için s Ayrı-zamanlı alınan işaret şu şeilde ifade edilebilir: L1 y ( m) h ( m, l) d ( m l) w( m), l0 Ayrı m örneleme zamanında İletilen işaret d( m) 1 N N 1 0 s e j2 m / N s E s 2 1 Sıfır ortalama ve değişintili AWGN 2 w 2 2 E{ w( m) } w 0,1,..., N 1 için dizisi, iplenmiş olan veri sembolleri

8 OFDM sistemleri Zamanla değişen analın transfer fonsiyonu L1 l 0 H ( m) h( m, l) e j2 l/ N Olma üzere alınan işaretimiz aşağıdai gibi tanımlanabilir 1 y m s H m e w m N 1 j2 m / N ( ) ( ) ( ) N 0. alttaşıyıcıdai FFT çıışı şu şeilde ifade edilebilir: Y 1 N N 1 m0 y( m) e s H I W j2 m / N

9 OFDM sistemleri s H I W H ortalama freans bölgesi cevabıdır ve şu şeilde tanımlanır: N 1 1 H H( m) N m0 I, analın zamanla değişmesi doğal durumundan aynalanan ICI N1 N1 1 I s( i) Hi( m) e N W wm ( ) i0, i m0 j2 m( i )/ N, beyaz Gauss gürültüsünün ayrı Fourier Dönüşümü W 1 N N 1 w( m) e j2 m / N m0

10 Sinyal Modeli Koruma aralığı çıarıldıtan sonra alınan işaretin vetör formundai ifadesi y Hs w H, zamanla değişen anal matrisi y [ y(0), y(1),..., y( N 1)], s [ s(0), s(1),..., s( N 1)], w [ w(0), w(1),..., w( N 1)] H (.) T T T gösteriminde alt indis ayrı zamanı, parantez içindei indis ise freans değerlerini göstermetedir. H 1 N H (0) H (0) H (0) 0 1 N 1 j2π/ N H (1) H (1)e H (1)e 0 1 N 1 j2π(n-1)/ N H (N -1) H (N -1)e H (N -1)e 0 1 N 1 j2π(n-1)/ N j2π(n-1)(n-1)/ N

11 Freans (Alttaşıyıcı) Freans (Alttaşıyıcı) İi Boyutlu Pilot-Sembol Desteli Kanal Kestirimi 0 N1 (a) B-2 Sembol BN Zaman (Sembol) 0 N 1 0 N 2N ( B1) N (b) Pilot Modelleri. (a) Tahsis edilmiş alttaşıyıcılar (Tara-tipi), (b) Tahsis edilmiş zaman aralıları (Blo-tipi). BN Zaman (Sembol)

12 İi Boyutlu Pilot-Sembol Desteli Kanal Kestirimi Y I W ˆ H s s H Pilot sembollerine arşılı gelen freans bölgesindei bütün anal zayıflamaları alça geçiren aradeğerleme ile estirilebilir. Eğri Uydurma OFDM örnelerindei her alttaşıyıcının zaman değişimini bulma için eğri uydurmayı ullanıyoruz. t b, b 0, N,..., N( B 1) OFDM örnelerini gösterme üzere abul edilebilir bir model şu şeildedir: ^ 2 ( b) 1, 2, b 3, b ( b) H t t t w t

13 Eğri Uydurma Burada doğrusal model formunda yazabilme için sıfır ortalamalı değişintili bağımsız özdeşçe dağılmış (independent and identically distributed, IID) Gauss değişenleri veya onları beyaz Gauss gürültü örneleri olara varsayıyoruz: ^ H T w ^ ^ ^ ^ T T burada H H ( t0), H ( t1) H ( t2) T 1 t t 1 t t 1 t t B1 B1 Eğer transfer fonsiyonumuzu (p-1). dereceden polinoma uydurursa ^ p ˆ i1 ( ) im 0,1,..., i1 H m m NB

14 Sezimleme Yöntemleri Yöntem Uyumlu Süzgeç (US) Sıfır Zorlayıcı (SZ) veya En Küçü Kareler (Least Squares, LS) En Küçü Ortalama Karesel Hata (Minumum Mean Square Error, MMSE) Çözüm sˆ Q{ H y} 1 sˆ Q{( H H) H y} sˆ Q{( H HI 2) 1H y}

15 Benzetim Parametreleri 256 tona (N=256) bölünen 5 MHz bantgenişliği s s 6 sini CP in teşil ettiği 57 li toplam sembol periyodu Pilot yerleşim oranı (Pilot insertion rate,pir) 1:8. 30 tanesini CP in oluşturduğu 286 (N+G=286) örne içeren bir OFDM sembolü COST-207 projesindei ırsal alan (Rural Area,RA) anal modelinin anal sayısını 4 abul eden model. 2.4 GHz taşıyıcı freansı için IEEE e de 120 m/saat ve 240 m/saat mobil terminal hızlarına arşılı gelen Doppler freansları

16 SHO SHO Benzetim Sonuçları ZATA Gelenesel Önerilen P-CSI İGO (db) İGO (db) ( a) (b) US Sezim Teniği ile OFDM Sistemleri için Farlı Kestirim Algoritmalarının Performans Karşılaştırması (a) 120 m/saat, (b) 240 m/saat ZATA Gelenesel Önerilen P-CSI

17 SHO SHO Benzetim Sonuçları ZATA Gelenesel Önerilen P-CSI İGO (db) (a) ZATA Gelenesel Önerilen P-CSI İGO (db) (b) LS (SZ) Sezim Teniği ile OFDM Sistemleri için Farlı Kestirim Algoritmalarının Performans Karşılaştırması (a) 120 m/saat, (b) 240 m/saat.

18 SHO SHO Benzetim Sonuçları ZATA Gelenesel Önerilen P-CSI İGO (db) (a) ZATA Gelenesel Önerilen P-CSI İGO (db) (b) MMSE Sezim Teniği ile OFDM Sistemleri için Farlı Kestirim Algoritmalarının Performans Karşılaştırması (a) 120 m/saat, (b) 240 m/saat.

19 SHO SHO Benzetim Sonuçları 10 0 P8-P P8-P P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P1-P İGO (db) P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P1-P İGO (db) (a) (b) MMSE Sezim Teniği için Polinom Derecelerinin Karşılaştırılması (a) 120 m/saat, (b) 240 m/saat.

20 Sonuç Bu çalışmada, hızlı değişen OFDM anallarının estirimi için basit ve düşü armaşılığı olan ii tane bir boyutlu adımdan bir yalaşım önerildi. Benzetimlerde, MMSE sezimlemesinin LS ve US sezimlemeleriyle arşılaştırıldığında anal estirim performansının ne adar iyi olduğu açıça görülmetedir. Alıcıda ullanılan sezimleme yönteminin sistemin performansında ne adar etili olduğu gösterildi..

21 Dinlediğiniz için Teşeürler. Mahmut YALÇIN Bu çalışma İstanbul Üniversitesi Araştırma Projeleri Koordinatörlüğünün T-879/ başlılı projesiyle destelenmiştir.